- •Федеральное агенство по образованию
- •1. Формулировка задания на курсовую работу
- •2. Тепловой баланс производственного помещения
- •3. Расчет процессов обработки воздуха в системе кондиционирования
- •4. Разработка схемы воздухораспределения в помещении
- •4.1. Составление схемы воздухораспределения.
- •12. Аэродинамический расчет системы воздухораспределения.
- •Список литературы
3. Расчет процессов обработки воздуха в системе кондиционирования
3.1. Построение в I-d диаграмме процессов обработки воздуха в теплый период
Построение процессов обработки воздуха осуществляется на основе принятой прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков, что определено условиями рассматриваемого задания. Последовательность построения процессов в I-d диаграмме рассмотрено на рис.4. Диаграмма приведена в приложении П 13. (см. п.7 в Списке литературы).
На поле I-d диаграммы наносится точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для теплого периода при известной температуре tтH и относительной влажности φнт. Затем наносится точка 2, соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре tBT и относительной влажности φвт. Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в теплый период сводится к его охлаждению и осушению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть ниже температуры точки росы обрабатываемого воздуха.
При этом следует учитывать два обстоятельства: во-первых, для предотвращения механического уноса капель влаги в систему воздуховодов на выходе из оросительной камеры величина относительной влажности не должна превышать ф = 95%; во-вторых, влагосодержание обрабатываемого воздуха на выходе из оросительной камеры должно соответствовать расчетному
влагосодержанию воздуха внутри помещения (в точке 2), так как по условиям задания в помещении отсутствуют влаговыделения. Учет этих факторов позволяет на поле I-d диаграммы нанести точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры.
Для этого сначала осуществляют построение линии нижней пограничной кривой ф = 100% и линии относительной влажности φ = 95%. Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2 = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз, и линии относительной влажности φ = 95%. Соединив точки 1 и 0 прямой линией, получают луч процесса охлаждения и осушения воздуха в оросительной камере кондиционера. Продлив луч процесса 1-0 до пересечения с линией φ = 100%, определяют точку т, температура в которой с известным приближением принимается в качестве конечной температуры
охлаждающей воды на выходе из оросительной камеры tm= 10 °C.
Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении тешюизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4-6°С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3,
расположенной на линии d2=const и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4-6 °С.
В теплый период года за счет более высокой температуры окружающего воздуха происходит естественный подогрев воздуха в воздуховодах и самом вентиляторе. Величина этого подогрева оценивается в 1,5-2 °С. Это позволяет определить положение точки 4, характеризующей параметры воздуха на выходе из калорифера второго подогрева. Точка 4 расположена на линии
d2 = const и отстоит от точки 3 по значению температуры на 1,5-2 °С.
Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в теплый период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбытков осуществляется по линии 1-0-4-3-2, где 1-0 - процесс охлаждения и осушения наружного воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-4 - процесс подогрева воздуха в калорифере второго подогрева; 4-3 - процесс естественного подогрева воздуха в воздуховодах и вентиляторе; 3-2 - естественный подогрев воздуха в помещении за счёт имеющихся там теплоизбытков.
По результатам проведенного построения процесса основные параметры в характерных точках сводятся в таблицу
№ точки |
I, кДж/кг |
φ, % |
t , °С |
d, г/кг |
1 |
75 |
53 |
33,2 |
18,2 |
0 |
33 |
95 |
11,6 |
8,4 |
4 |
37 |
74 |
16 |
8,4 |
3 |
38 |
70 |
17 |
8,4 |
2 |
43 |
50 |
22 |
8,4 |
3.2. Построение в I-d диаграмме процессов обработки воздуха в холодный период.
Наносится на поле I-d диаграммы точка 1, соответствующая расчетным параметрам наружного воздуха для холодного периода года при известной температуре tHx и относительной влажности φнх . Затем наносится точка 2 соответствующая расчетным параметрам внутреннего воздуха при известной температуре tBx и относительной влажности φвх. Анализ взаимного расположения точек 1 и 2 на I-d диаграмме показывает, что общее направление процесса обработки воздуха в холодный период сводится к его нагреванию и увлажнению. Этот процесс реализуется в камере орошения кондиционера за счет разбрызгиваемой воды, температура которой должна быть выше температуры точки росы обрабатываемого воздуха. При этом в оросительной камере кондиционера осуществляется процесс адиабатического увлажнения воздуха.
Процесс адиабатического увлажнения характеризуется равенством между количеством теплоты, полученным поверхностью жидкости от окружающего воздуха, и количеством теплоты, затраченном на испарение. Поступающая к поверхности жидкости от наружного воздуха явная теплота полностью затрачивается на испарение части жидкости, переходя при этом в скрытую теплоту водяных паров. Образовавшиеся водяные пары поступают в окружающий воздух, увеличивая его влагосодержание и теплосодержание. Тем самым воздуху компенсируется снижение его теплосодержания в связи с расходом явной теплоты на испарение. Таким образом, для практических расчетов можно предполагать, что адиабатический процесс увлажнения воздуха осуществляется по линии постоянного теплосодержания I = const.
С учетом условий рассматриваемого варианта задания, изложенных в предыдущем параграфе, на поле I-d диаграммы наносят точку 0, характеризующую параметры воздуха на выходе из оросительной камеры. Для этого сначала осуществляют построение линии нижней пограничной кривой φ = 100% и линии относительной влажности φ =95%. Точка 0 будет находиться на пересечении луча d2 = const, проведенного из точки 2 вертикально вниз и линии относительной влажности φ = 95%. Проведя через точку 0 луч процесса адиабатического увлажнения по линии I0 = const, а через точку 1 линию луча процесса нагревания воздуха в калорифере первого подогрева, получим точку 4 пересечения этих линий, параметры которой определяют состояние воздуха на входе в оросительную камеру.
Затем определяют температуру приточного воздуха в помещении. За счет имеющихся в помещении теплоизбытков температура воздуха в рабочей зоне будет повышаться, что дает основание принимать температуру приточного воздуха на 4 - 6 °С ниже, чем расчетная температура воздуха в помещении. Параметры приточного воздуха характеризуются положением точки 3, расположенной на линии d2=const и отстоящей от точки 2 по значению температуры на 4-6°С. В холодный период - года естественного подогрева воздуха в воздуховодах не происходит.
Таким образом, окончательно процесс обработки воздуха в холодный период года для прямоточной системы кондиционирования воздуха при наличии в помещении только теплоизбьтгков осуществляется по линии 1-4-0-3-2, где 1-4 - процесс нагрева наружного воздуха в калорифере первого подогрева; 4-0 - процесс адиабатического увлажнения воздуха в оросительной камере кондиционера; 0-3 - процесс нагрева воздуха в калорифере второго подогрева; 3-2 - естественный процесс подогрева воздуха в помещении за счет имеющихся там теплоизбытков,
По результатам проведенного построения процесса основные параметры в характерных точках сводятся в таблицу:
№ точки |
I, кДж/кг |
φ, % |
t , °С |
d, г/кг |
1 |
-46 |
80 |
-16 |
0,7 |
0 |
27 |
95 |
9 |
7 |
4 |
37 |
3 |
35,5 |
0,7 |
3 |
32 |
70 |
14 |
7 |
2 |
37 |
80 |
19 |
7 |
3.3. Расчет воздухообмена в помещении
При наличии в помещении только теплоизбытков массовый расход кондиционируемого воздуха для теплого и холодного периодов года можно рассчитать по выражению
Gвт,х = Qт,хизб / Ср (t вт,x - t прт,x ) , кг/c, (13)
где Qизб – избыточная теплота в помещении соответственно для теплого или холодного периода года, Вт; Ср = 1,005 - теплоемкость воздуха, кДж/(кг°С); t вт,x и t прт,x - соответственно расчетная температура воздуха внутри помещения для теплого или холодного периода и температура приточного воздуха в соответствующий период (см. I-d диаграммы).
Gвт = 123628 / 1,005 ×103 × (22 -17 ) = 24,6 кг/c,
Gвх = 93671 / 1,005× 103 ×103 (19- 14 ) = 18,6 кг/c,
Объемный расход кондиционируемого воздуха составит по периодам года
Vвт,х = Gвт,х × 3600 / ρв , м3 / ч (14)
где ρв = 1,2 - плотность воздуха, кг/м3.
Vвх = 24,6 × 3600 / 1,2 = 73807 м3 / ч,
Vвт = 18,6 ×3600 / 1,2 =55923 м3 / ч.
Кратность воздухообмена по периодам года рассчитывается
n = Vвт,х / Vпом , ч-1 (15)
где Vпом - объем кондиционируемого помещения, м3.
nт = 73807 / 5760= 13 ,ч-1
nх = 55923/ 5760= 8 ,ч-1
Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении полностью обновляется. Величина кратности воздухообмена регламентируется СНиП в зависимости от назначения помещения. Для условий рассматриваемой задачи нормативная кратность воздухообмена составляет n = 5.
Холодопроизводителъность кондиционера рассчитывается по наиболее напряженному периоду работы холодильной установки, т.е. для теплого периода года
Qхол = GBT ( I1- I0 ) = 24,6 (75 – 33) = 1033,2 кВт, (16)
где GBT - массовый расход кондиционируемого воздуха в теплый период, кг/с (см. I — d диаграмму).
3.4. Выбор основного оборудования для системы кондиционирования воздуха
Выбор вентиляторов осуществляется по производительности и располагаемому напору. Количество и тип вентиляторов выбирается исходя из обеспечения максимального требуемого воздухообмена, что характерно для теплого периода года. Располагаемый напор вентилятора должен обеспечить компенсацию общих потерь напора в системе кондиционирования воздуха, определяемых условиями задания. Характеристики некоторых типов центробежных вентиляторов приведены в приложении, табл. II 14 (см. п.7 в Списке литературы).
Выбор вентиляторов осуществляется по производительности и распологаемому напору. Выбираются вентиляторы марки Ц 4-70; №8 в количестве 4 шт (Vв=20000 м3/ч, ∆Р=1400кПа).
По значению объемного расхода кондиционируемого воздуха определяем, что следует выбрать 4 кондиционера марки КН -20.
Теплопроизводительность калорифера первого подогрева
Qк1 = Gвх · (I4 - I1 ) = (18,4/4) · (37+16) = 246,4 кВт < Qк1табл = 374 кВт.
Теплопроизводительность калорифера второго подогрева для теплого периода
Qк2т = Gвт · (I4 - I0 ) = (24,6/4) · (37-33) = 24,6 кВт.
Теплопроизводительность калорифера второго подогрева для холодного периода
Qк2х = Gвх · (I3 - I0 ) = (18,6/4) · (32-27) = 23,2 кВт < Qк2табл = 163 кВт.
Требуемый расход воды на орошение определяется из уравнения теплового баланса
Qхол = Gвод ·Ср · (tm – tводвх),
где tm =10 °С – температура воды на выходе из оросительной камеры;
Ср=4,19 кДж/(кг°С) – теплоемкость воды;
tводвх=6 °С – температура воды на входе в оросительную камеру;
Gвод – массовый расход воды на орошение,
Gвод =Qхол/(4·Ср·(tm – tводвх))=1033,2/(4·4,19·(10-6))=15,4кг/с.
Объемный расход воды
,
Vводтабл=60 м3/ч > Vводрасч=55,5 м3/ч.
Выбор хлодильной установки осуществляется по величине холодопроизводительности кондиционера. Выбираем установку ХМ-АУУ 90/A2. Число холодильных машин: 12 шт.
Компоновка холодильных машин в системе кондиционирования воздуха осуществляется в виде отдельного узла холодопроизводства.